Enunciado

Se a tensão sobre um elemento é 8   V e a corrente i que entra no elemento pelo terminal positivo e a mostrada, calcule a potência entregue ao elemento em t   =   7   m s , a carga e a energia totais

entregues ao elemento entre 0 e 10   m s .

Passo 1

Falaaaa, galeraaaa!

Bom, para essa questão vamos precisar:

- Da fórmula de potência: p = v ∙ i ;

- Da equação fundamental da reta: y - y 0 = m ( x - x 0 ) .

- Da relação entre carga e corrente: q = ∫ t 0 t i d t

- Da relação entre potência e energia: p = d w d t

Assim, vamos realizar os cálculos em partes de acordo com o gráfico da questão. Acompanhe os passos e veja como pode ser mais simples do que parece.

Passo 2

Para 0 ≤ t ≤ 4 :

Temos:

y - y 0 = m ( x - x 0 )

Isolando m , temos:

m = y - y 0 x - x 0 = 10 - 0 4 - 0 = 10 4 = 5 2

i = 5 2 t

Calculando a potência, temos:

p = 8 ∙ 5 2 t

p = v ∙ i

p = 20   t W

Passo 3

Para 4 ≤ t ≤ 10   m s :

m = y - y 0 x - x 0 = 14 - 10 10 - 4 = 2 3

Substituindo valores:

y - y 0 = m ( x - x 0 )

i - 10 = 2 3 ( t - 4 )

i = 2 3 t - 8 3 + 10

i = 2 t - 8 + 30 3 = 2 t + 22 3

Calculando a potência:

p = 8 2 t + 22 3

p = 16 3 t + 176 3     m W

Passo 4

Calculando a potência em t = 7   m s :

p 7 = 16 ∙ 7 3 + 176 3 = 96   m W

Calculando a carga total entre 0 e 10   m s :

q = ∫ t 0 t i d t = ∫ 0 4 5 2 t + ∫ 4 10 2 t + 22 3 d t

Integrando, temos:

q = 5 2 t 2 2 0 4 + 2 3 t 2 3 4 10 + 22 t 3 4 10

q = 5 2 16 2 + 2 3 10 2 2 - 4 2 2 + 22 3 10 - 4

q T O T A L = 20 + 28 + 44 = 92   m C

Passo 5

Agora vamos calcular a energia total entre 0 e 10   m s :

p = d w d t

w = ∫ t 0 t p d t

Substituindo valores:

w = ∫ 0 4 20 t d t + ∫ 4 10 16 3 t + 176 3 d t

w = 20 t 2 2 0 4 + 16 t 2 3 ∙ 2 4 10 + 176 t 3 4 10

w = 160 + 224 + 352

w = 736   m J

Prontinho!

Resposta

q T O T A L = 92   m C

w = 736   m J

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